הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד למדוד נתוני פרמטרי חיים נפוצים אצל יתושי Aedes aegypti , כולל פריון, גודל כנפיים, פוריות, יחס מין, כדאיות, זמני התפתחות, תרומת גברים ואריכות ימים של מבוגרים. מדידות אלה יכולות לשמש להערכת כשירותם של יתושים טרנסגניים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד למדוד נתוני פרמטרי חיים נפוצים אצל יתושי Aedes aegypti , כולל פריון, גודל כנפיים, פוריות, יחס מין, כדאיות, זמני התפתחות, תרומת גברים ואריכות ימים של מבוגרים. מדידות אלה יכולות לשמש להערכת כשירותם של יתושים טרנסגניים.
יתושים טרנסגניים מציגים לעתים קרובות עלויות כושר בהשוואה לעמיתיהם הפראיים. בהקשר זה, מחקרי עלות כושר כרוכים באיסוף נתוני פרמטרי חיים מיתושים מהונדסים גנטית והשוואתם ליתושים חסרי טרנסגנים מאותו רקע גנטי. כתב יד זה ממחיש כיצד למדוד תכונות נפוצות בתולדות החיים של היתוש Aedes aegypti, כולל פריון, גודל וצורת כנפיים, פוריות, יחס בין המינים, כדאיות, זמני התפתחות, תרומת גברים ואריכות ימים של מבוגרים. פרמטרים אלה נבחרו משום שהם משקפים הצלחה ברבייה, פשוטים למדידה, ומדווחים בדרך כלל בספרות. התוצאות המייצגות מכמתות את עלויות הכושר הקשורות לנוק-אאוט גנטי או להחדרה יחידה של רכיב דחף גנטי. סטנדרטיזציה של אופן איסוף נתוני פרמטרי החיים חשובה מכיוון שניתן להשתמש בנתונים כאלה כדי להשוות את בריאותם של יתושים טרנסגניים שנוצרו במחקרים או למדל את קצב קיבוע הטרנסגנים באוכלוסיית יתושים מסוג בר מדומה. למרות שפרוטוקול זה הוא ספציפי עבור Aedes aegypti מהונדס, הפרוטוקול עשוי לשמש גם עבור מיני יתושים אחרים או תנאי טיפול ניסיוניים אחרים, עם אזהרה כי הקשרים ביולוגיים מסוימים עשויים לדרוש התאמות מיוחדות.
הישרדותם של החזקים ביותר היא הרעיון הדרוויניסטי שפרטים המכילים גנים המותאמים ביותר לסביבתם יעבירו גנים אלה לדורות הבאים1. משמעות הדבר היא שהכושר הוא שקובע אם הגנים שלהם ישרדו. תפיסה זו, בת יותר מ-150 שנה, היא אולי הגורם המשמעותי ביותר בהנדסת דחף גנטי מוצלח ביתושים טרנסגניים. דחפי גנים, או דפוס התורשה הסופר-מנדליאני של יסוד גנטי אנוכי המאפשר לו להתפשט באוכלוסיות2, נחקרים לצורך הדברה גנטית3. בהקשר של שליטה וקטורית, אסטרטגיה זו שואפת להחליף פרוקי רגליים מסוג בר (WT) באלה העמידים לפתוגנים (שינוי אוכלוסיה) או לחסל את כולם יחד (דיכוי אוכלוסיה)4. עם זאת, יתושים טרנסגניים מפגינים לעתים קרובות עלויות כושר (הנקראות גם עומס גנטי) בהשוואה לעמיתיהם WT, מה שאומר שהטרנסגן יאבד באוכלוסיות שיכולות להתחרות בהם. צימוד טרנסגנים עם מערכת דחיפת גנים נחוץ אפוא כדי לקזז את עלויות הכושר ולדחוף את הטרנסגן דרך האוכלוסייה ברמות גבוהות מהצפוי מתורשה מנדליאנית טיפוסית4.
מחקרי מעבדה על פני מיני וקטורים של יתושים הראו כי טרנסגנים מציגים לעתים קרובות עלויות כושר 5,6,7. לדוגמה, Irvin et al. מדדו פרמטרי חיים שונים ב-Aedes (Ae.) aegypti שהונדסו לבטא חלבון פלואורסצנטי ירוק משופר (eGFP) או גנים טרנספוזאז תחת מקדמי Drosophila actin 5C או 3XP3 סינתטי, והשוו אותם לזן אורלנדו פראי (אותו רקע גנטי שממנו הם נגזרו)5. בעיקר, הם מצאו כי כל הזנים הטרנסגניים הפחיתו באופן משמעותי את כושר הרבייה5. בהתאם לטרנסגן, חלק מיתושי אנופלס (An.) המבטאים טרנסגנים המעכבים התפתחות טפיל פלסמודיום הציגו גם הם עלויות כושר6. באופן ספציפי, An. stephensi המבטא ארס דבורים פוספוליפאז (PLA2) תחת מקדמים מכוננים או מעוררי דם הטיל באופן משמעותי פחות ביצים בהשוואה לקבוצת ביקורת6. מחברים אלה מצאו גם כי אנופלס מהונדס המבטא טרנסגן אחר, טטרמר דודקפפטיד SM1 לא הציג עלויות כושר, מה שהוביל אותם למסקנה כי עלויות הכושר המוענקות על ידי טרנסגן תלויות, לפחות סביר בחלקן, בהשפעת החלבון המהונדס המיוצר6. אכן, ניתן לייחס את עלויות הכושר לתוצרי טרנסגנים, השפעות מיקום, השפעות מחוץ למטרה, מוטגנזה החדרתית, או השפעות רבייה בזנים שגודלו במעבדה7. לכן, כונני גנים חייבים להיות חזקים מספיק כדי לקזז את עלויות הכושר המושרות על ידי טרנסגנים, תוך הימנעות מהתפתחות של החדרות ומחיקות (indels) שחוסמות את הכונן עצמו.
עלויות כושר התפתחותי או רבייה ניתן למדוד במחקרי מעבדה או כלוב7, עם אזהרה כי גורמים לא ידועים בתחום עשויים גם להשפיע. עם זאת, מחקרי כושר מבוקרים הם צעד ראשון חשוב בעת תכנון או הערכה של שחרור יתושים מהונדסים גנטית, כגון תוכנית דחיפת גנים, כדי לקבוע אם הקו המהונדס יימשך בדורות הבאים. לדוגמה, האמונד ואחרים. נבדק כונני גנים מבוססי CRISPR/Cas9 שנועדו לשבש את הגנים הדרושים לפוריות האישה8. באמצעות מחקרי כלובים שנשמרו במשך 25 דורות לפחות, מצאו המחברים כי היתושים צברו אללים עמידים לדחף גנטי שחסמו את המחשוף ממוקד הקריספר והחזירו את פוריות האישה8. מאמצי המידול שלהם הציעו כי לפוריות אצל נקבות הטרוזיגוטיות לדחף הגנטי היו ההשפעות הדרמטיות ביותר על קיבוע כונן גנים בתנאים מדומים8. באותו קו, Ae. aegypti (זן העין הלבנה של היגס, HWE) שהונדס לבטא קלטות אוטונומיות של דחיפת גנים תחת מקדמים שונים או במוקדים אינטרגניים שונים הציג שיעורים שונים של קיבוע כונן גנים באוכלוסיות מדומות9. באמצעות מודלים של MGDrivE10, בשילוב עם שיעורים מדודים של היווצרות אינדל, השפעות אימהיות ונתוני פרמטרי חיים שנאספו במעבדה, המחברים מצאו כי כושר היתושים השפיע בצורה החזקה ביותר על התמדת דחף הגן בתנאים מדומים9. עלויות הכושר שסביר להניח שיפגעו ביעילות דחיפת הגנים מיוחסות לביטוי סומטי Cas9 (יתר) או מהגן הממוקד, במיוחד בהטרוזיגוטים, ולא מהדחף הפנימי עצמו 11,12,13,14,15,16,17.
בהתחשב בחשיבותו, כושר גופני הוא גורם חשוב ליכולתו של קו מהונדס להתמיד בדורות הבאים, והוא יכול לשמש אינדיקטור לכל ההשפעות הפיזיולוגיות הקשורות לטרנסגן. לדוגמה, השפעות מחוץ ליעד עשויות להיות קשורות לעלויות כושר. במקרה זה, מומלץ לחצות קו מהונדס במשך מספר דורות. יתר על כן, חציית הקו המהונדס עם קו המשקף אוכלוסיית שדה עשויה להיות נחוצה גם כדי לחקור עד כמה האוכלוסייה המהונדסת יכולה להתחרות בעולם האמיתי. כדי לכמת את עלויות הכושר כך שניתן יהיה להשוות ביניהן, כתב יד זה מספק פרוטוקולים פשוטים למדידת תכונות נפוצות בתולדות החיים ביתושי Ae. aegypti, עם דגש מיוחד על עלויות כושר הקשורות לטרנסגנים, כך שניתן יהיה לשחזר מחקרים כאלה ביתר קלות. הפרוטוקולים כוללים פוריות, פוריות, יחס בין המינים, כדאיות, זמני התפתחות, תרומת גברים ואריכות ימים של מבוגרים. מדידת אורך ושטח הכנף נבחרה גם כמדידת כושר מכיוון שהיא מתואמת עם אורך בית החזה18,19 ומדידות גודל הגוף, אשר קשורות ישירות לגודל ארוחת הדם, צואה וחסינות20,21. למרות שישנן דרכים רבות להעריך כושר, פרמטרים אלה נבחרו מכיוון שהם משקפים הצלחה ברבייה, פשוטים למדידה, ומדווחים בדרך כלל בספרות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: פרוטוקול זה נכתב עבור קווי Ae מהונדס ופראי מסוג Ae. aegypti שאומתו והוקמו בעבר. למידע נוסף על יצירת Ae. aegypti מהונדס, ראו Kistler et al.22 ו Coates et al.23. כל הניסויים המפורטים להלן בוצעו תחת נהלי גידול Ae. aegypti סטנדרטיים. יתושים נשמרו ב 28 ° C עם לחות יחסית 75%-80% ומחזור אור / 12 שעות חושך. מינימום של 100 ניירות ביצים בודדים לכל כתם יתוש מומלץ מאוד למטרות סטטיסטיות. מחקרי כושר מקיפים נמשכים כ-3 חודשים (איור 1).
1. מדידת צואה אצל נקבות יתושים
2. מדידת אורך כנף, שטח וגודל צנטרואיד
3. הערכת פוריות הביציות
4. קביעת יחס המינים בגלמים
5. קביעת כדאיות הזחלים
6. קביעת זמן התפתחות הזחלים לגלמים
7. קביעת תרומת הגברים
8. קביעת אריכות ימים של יתושים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בעקבות הפרוטוקול הנ"ל הוערכה כשירותם של שני קווי יתושים: (1) נוק בתיווך CRISPR/Cas9 מתוך Ae. aegypti D7L1 (AAEL006424) חלבון רוק ו-(2) Ae. קווים מצריים המבטאים כונני גנים אוטונומיים בתיווך CRISPR/Cas99. במקרה של הראשון, נוצר קו נוק-אאוט הומוזיגוטי D7L1 על ידי ניצול מסלול הצטרפות הקצה הלא הומולוגי (NHEJ) כדי ליצור את השיבוש לאחר הזרקה מיקרו-הזרקה של עוברים עם sgRNA ספציפיים לגן D7L1 . יתושי D7L1-KO הטרוזיגוטיים הוצלבו לאחור במשך ארבעה דורות ל-WT לפני שיצרו קו הומוזיגוטי י...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
Ae. מחקרי כושר מצריים מבוצעים לעתים קרובות במעבדה כדי להעריך את עלויות הכושר הקשורות למטען מהונדס (למשל, אלמנטים מניעי גנים) או נוקאאוטים גנטיים, כפי שנדון בכתב יד זה; עם זאת, מחקרים אלה עשויים להתבצע למגוון מטרות - כל מטרה שמטרתה להעריך את בריאותו של Ae. קבוצה מצרית, כגון וולבכיה נגוע 30,31, עמיד קוטלי חרקים32,33, או נגוע arbovirus34. לכן, מכיוו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
המחברים רוצים להודות לד"ר ביל ריד וד"ר אלכסנדר פרנץ מאוניברסיטת מיזורי על תמיכתם בפרוטוקול זה. המחברים רוצים גם להודות לד"ר בנג'מין קראג'יץ' מה-NIH/NIAID על תמיכתו בניתוח R. מחקר זה מומן על ידי ה-NIH, מענק מספר R01 AI130085 (KEO), וחטיבת NIH/NIAID של תוכנית המחקר התוך-ציורית AI001246 (EC).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1 אונקיות כוסות סופלה מפלסטיק שקוף | WebstaurantStore | 301100PC | |
| 2 אונקיות כוסות סופלה פוליסטירן שקוף | WebstaurantStore | 760P200N | |
| 3 מ"ל פיפטורים מפלסטיק | קורנין | 357524 | |
| 50 מ"ל צינורות חרוטיים | כל מותג | ||
| 64 אונקיות לבן כפול מצופה נייר מזון | WebstaurantStore | 999SOUP64WB | לסגירת יתושים |
| עדשת 65 מ"מ | Canon | MP-E 65 מ"מ f/2.8 1-5x צילום מאקרו | Canon Macro Photo MP-E 65 מ"מ, 7D-65 מ"מ-1X; זום=1, 200, 6.3, ISO=100; לצילום כנפיים או ניירות ביצים, אם כי סביר להניח שמצלמות אחרות מספיקות |
| Aedes aegypti יתושים | BEI | זנים מרובים מכיוון שביצים זמינות | |
| מזינים ממברנה מלאכותית | https://lillieglassblowers.com/ | מזין ממברנה Meduim, בהתאמה אישית, 33 מ"מ | Chemglass מציע גם, אבל הגדלים לא נכונים עבורנו. שלנו בערך 3 ס"מ? |
| ATP | MP ביו-רפואי | ICN15026605 | כל ATP באיכות טובה, מסנן 10 מ"מ סטרילי ב-20 |
| חיטוי | לעיקור מים לבקיעת מצלמת | ||
| Canon EOS 7D | Canon | 3814B004 | לצילום כנפיים או ניירות ביצים, אם כי מצלמות אחרות ככל הנראה מספיקות |
| לדפיברין דם כבשים | קולורדו סרום ושות' | 60 מ"ל, כל שבועיים | https://colorado-serum-com.3dcartstores.com/sheep-defibrinated |
| מאיר מיקרוסקופ צוואר אווז כפול | דולן ג'נר Fiber-Lite 180 | 181-1 מערכת | |
| מלקחיים | |||
| גזה | omnisorb ii | 4 "ספוגים לא ארוגים | |
| פישר סיינטיפיק | 12-544-2 | ||
| צלחות פטרי זכוכית, 100 ופעמים; 15 מ"מ | VWR | 75845-546 | להרדמה/מניפולציה של יתושים על |
| קרח מעיים של חזירים | כל מעדנייה | שאנו קונים בכמויות גדולות, מפצלים, שוטפים ומאחסנים בכמויות קטנות של ~4X12 אינץ' ב-20 ב-50 מ"ל | |
| דלי | |||
| קרח קרח | |||
| Kimwipe | פישר סיינטיפיק | 06-666A | |
| Leica GZ4 StereoZoom מיקרוסקופ | לסינון יתושים טרנסגניים (אם רלוונטי) | ||
| מברשת צבע סינטטית AIT | מידה 10-0 | למניפולציה של זחלים/גלמים (אמזון) | |
| צינור תחתונים | Walmart | L'eggs Everyday | ניילון לנשים <חזק>פלוס גובה הברך בוהן שקופה, 16 זוגות (בתוספת מתאים לקרטון) |
| עפרונות | כל מותג | ||
| מיכלי פלסטיק עבור 2° אחסון קרטונים | Walmart | סטריליט 58 Qt קופסת אחסון בסיס שקוף מכסה לבן סט של 8 | |
| מיכלי פלסטיק לגידול זחלים | Walmart | Sterilite 28 Qt. קופסת אחסון פלסטיק, לבן, סט של 10 | |
| מיכלי פלסטיק לבקיעת זחלים | Walmart | Sterilite 6 Qt. קופסת אחסון פלסטיק, | |
| לבן פוליפרופילן שקוף מיכלי מעדנייה | WebstaurantStore | 127DM12BULK | 12 אונקיות, או 16 אונקיות במידת הצורך לגדול יותר (127RD16BULK) |
| גומיות | Office Max | #100736/#909606 /#3777415 | 12 אינץ', #64 ו-#10 |
| פקק גומי | VWR | 217-0515 | לסגירת יתושים |
| מקור סוכר, כגון קוביות סוכר או צימוקים | |||
| מזון פתיתי טטרמין | טטרמין | 16106 | |
| tpsDig | Stony Brook Morphometrics | תוכנה חינמית לעיבוד תמונה מורפומטרית המופצת באופן מקוון זמינה בכתובת https://www.sbmorphometrics.org/ | |
| tpsUtil | Stony Brook Morphometrics | תוכנה חינמית לעיבוד תמונה מורפומטרית המופצת באינטרנט זמינה בכתובת https://www.sbmorphometrics.org/ | |
| בד אורגנזה לבן 8 אינץ' ופעמים; 8 אינץ' | FabricWholesale.com | 4491676 | Joann Casa Collection בד אורגנזה מאת Casa Collection |
| ויטמן דרגה 1 נייר סינון איכותני | ויטמן | 1001-824 | לניירות ביצים. הצבע הלבן מקל על ראיית הביצים השחורות. |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.